人教版高中物理必修第二册8.1功第一课时(解析版)

8.1功 第一课时【学习目标】1.理解功的概念,会用功的公式W ＝Fx cos α进行计算.2.理解正功和负功的概念,知道在什么情况下力做正功或负功.3.能够分析摩擦力做功的情况,并会计算一对摩擦力对两物体所做的功. 【知识要点】 一、功1.如果物体在力的作用下能量发生了变化,这个力一定对物体做了功。

注:做功的两个必要因素:力和物体在力的方向上发生的位移。

2.功的计算公式:W ＝Fx cos_α力对物体所做的功,等于力的大小、位移的大小、力和位移的夹角的余弦三者的乘积。

二、正功和负功1. 功是标量,但功有正负之分。

2. (1)当0≤α<2π时,W ＞0,力对物体做正功； (2)当2π<α≤π 时,W ＜0,力对物体做负功,或称物体克服这个力做功； (3)当α＝2π时,W ＝0,力对物体不做功．3.（1）功的正、负并不表示方向,也不表示功的大小,只表示是动力做功还是阻力做功．（2）正功、负功的意义:正功: 表示动力对物体做功（促进）；负功: 表示阻力对物体做功（阻碍）. 三、几个力的合力所做的功(1)先求物体所受的合外力,再根据公式W 合＝F 合x cos α求合外力的功．(2)先根据W ＝Fx cos α求每个分力做的功W 1、W 2、……W n ,再根据W 合＝W 1＋W 2＋……＋W n 求合力的功． 【题型分类】题型一、正、负功的判断例1 如图表示物体在力F 的作用下在水平面上发生了一段位移x,这四种情形下力F 和位移x 的大小都是一样的,则力对物体做正功的是( )参考答案AC例2质量为m的小物块在倾角为α的斜面上处于静止状态,如图所示．若斜面体和小物块一起以速度v沿水平方向向右做匀速直线运动,通过一段位移x.斜面体对物块的摩擦力和支持力的做功情况是()A．摩擦力做正功,支持力做正功B．摩擦力做正功,支持力做负功C．摩擦力做负功,支持力做正功D．摩擦力做负功,支持力做负功参考答案AC详细解析f与x成锐角,正功；N与x成钝角,负功。

【同类练习】1.如图所示,人站在电动扶梯的水平台阶上,假定人与扶梯一起沿斜面加速上升,在这个过程中,以下说法正确的是( )A．台阶对人的摩擦力对人做负功B．台阶对人的总作用力方向沿竖直向上C．在此过程中人处于失重状态D．人对台阶的压力大小等于台阶对人的支持力的大小【参考答案】D【详细解析】【详解】设斜面坡角为θ,人的加速度斜向上,将加速度分解到水平和竖直方向得:cos x a a θ=,方向水平向右；sin y a a θ=,方向竖直向上；A ．水平方向受静摩擦力作用cos x f ma ma θ==,水平向右,运动的位移为x,θ为锐角,则cos 0W fx θ=>,则台阶的摩擦力对人做正功,A 错误；B ．合力方向沿斜面向上,重力竖直向下,则台阶对人的作用力方向斜向右上方,B 错误；C ．人有一个竖直向上的加速度,所以人处于超重状态,C 错误；D ．人对台阶的压力大小与台阶对人的支持力互为作用力和反作用力,则大小相等,D 正确； 题型二、牛顿力学的局限性例3如图所示,一个人用与水平方向成60°角的力F ＝40 N 拉一个木箱,在水平地面上沿直线匀速前进了8 m,求:(1)拉力F 对木箱所做的功； (2)摩擦力对木箱所做的功； (3)外力对木箱所做的总功． 详细解析:(1)拉力对木箱所做的功W 1＝Fxcos 60°＝40×8×0.5 J ＝160 J （2）摩擦力对木箱做负功f=Fcos 60° W 2＝﹣fx=﹣Fxcos 60°＝﹣160J (3)外力对木箱所做的总功:W ＝W 1＋W 2＝0例4如图所示,两个互相垂直的力F 1和F 2作用在同一物体上,使物体运动,物体通过一段位移时,力F 1对物体做功4J,力F 2对物体做功3J,则力F 1和F 2的合力对物体做功为( )A ．2JB ．1JC ．5JD ．7J【参考答案】D 【详细解析】当有多个力对物体做功的时候,总功的大小就等于用各个力对物体做功的和,由于力F 1对物体做功4J,力F 2对物体做功3J,所以F 1与F 2的合力对物体做的总功就为:W =3J+4J=7J,D 正确,ABC 错误。

故选D 。

【同类练习】1.如图所示,摆球质量为m ,悬绳的长为L ,把悬绳拉到水平位置后放手。

设在摆球运动过程中空气阻力f 的大小不变,求摆球从A 点运动到竖直位置B 时,绳的拉力F ,空气阻力f 各做了多少功?【参考答案】F 0W =,1π2f L - 【详细解析】拉力F 始终与运动方向垂直,不做功,所以F 0W =将AB 分成许多小弧段,使每一小弧段小到可以看成是直线,在每一小弧段上,可以认为f 的大小,方向是不变的（即为恒力）,这样就把变力做功转换为恒力做功,如图所示f做的总功就等于每个小弧段上f所做功的代数和,即f121π2W f l f l f L=∆+∆+=-【成果巩固训练】1．如图所示,一个物体放在水平面上,在跟竖直方向成θ角的斜向下的推力F的作用下沿平面移动了距离s,若物体的质量为m,物体与地面之间的摩擦力大小为f,则在此过程中（）A．摩擦力做的功为fs B．力F做的功为FscosθC．力F做的功为FssinθD．重力做的功为mgs【参考答案】C【详细解析】A、物体与地面之间的摩擦力大小为f,物体的位移的大小为s,由功的公式可得:W f S=-⋅,A错误；B、力F与竖直方向成θ角,所以在水平方向的分力为Fsinθ,所以F做的功为Fs•sinθ,B错误；C、由B的分析可知C正确；D、重力在竖直方向上,物体在竖直方向的位移是零,所以重力的功为零,D错误；故选C．2．以一定的初速度竖直向上抛出一个小球,小球上升的最大高度为h,空气阻力的大小恒为f,则从抛出至回到原出发点的过程中,空气阻力对小球做的功为A．0 B．-fh C．-2fh D．2fh【参考答案】C【详细解析】上升过程:空气阻力对小球做功W1=-fh；下落过程:空气阻力对小球做功W2=-fh；则从抛出到落回到抛出点的过程中,空气阻力对小球做的功为W=W1+W2=-2fh.A．0,与结论不相符,选项A错误；B．–fh,与结论不相符,选项B错误；C．-2fh,与结论相符,选项C正确；D．2fh,与结论不相符,选项D错误；3．人造地球卫星在椭圆轨道上运行,由图中的a点运动到b点的过程中（）A．万有引力对卫星做正功B．万有引力对卫星做负功C．万有引力对卫星先做正功,再做负功D．万有引力对卫星一直不做功【参考答案】A【详细解析】【分析】【详解】由于图中万有引力与速度方向夹角始终小于90°,故在此过程中万有引力对卫星做正功,选项A正确,BCD错误。

故选A。

4．如图所示为中国“立体巴士”,这种新型高大的汽车可跨越车流行驶,行驶速度在6080km/h,同时它承载的人数大约在1400人左右。

某次在十字路口有一约100m长的汽车长队,立体巴士利用其优势,从车队尾部开始刹车,正好与第一辆小车平齐停在十字路口,用时10s,若将上述运动视为匀减速直线运动,根据以上数据能估算出立体巴士()A．刹车时加速度的大小B．刹车时所受的合力大小C．刹车时制动力所做的功D．匀速行驶时的牵引力大小【参考答案】A【详细解析】A．已知立体巴士的初速度和刹车时间,由∆=∆vat可求得刹车时加速度的大小,故A正确；BCD．因为未知立体巴士的总质量,故不能求得刹车时所受的合力大小,也无法求得匀速行驶时的牵引力大小和刹车时制动力做功情况,故BCD错误。

故选A。

5．如图所示,B物体在拉力F的作用下向左运动,在运动的过程中,A、B间有相互作用的摩擦力,则摩擦力做功的情况是:A．A、B都克服摩擦力做功B．摩擦力对A不做功,B克服摩擦力做功C．摩擦力对A做功,B克服摩擦力做功D．摩擦力对A、B都不做功【参考答案】B【详细解析】做功的两个必要因素是力和在力的方向上通过一段位移,当B向左移动时,A没有动,故AB之间的摩擦力对A没有做功；B物体受到的摩擦力方向与运动方向相反,故摩擦力对B做负功,即B克服摩擦力做功；则ACD错误,B正确．6．如图所示,两只手分别用大小为F的力,水平推两个木块,不考虑地面摩擦,到两个木块都前进了距离d时,两个力所做的总功为（）A．Fd B．2Fd C．-Fd D．0【参考答案】B【详细解析】【分析】【详解】=,而两个推力方向与两物体的运动方向相同,故两个力均做正功,则总功为根据功的定义W Fd=W Fd2,故B正确,ACD错误。

总故选B。

8．一个力对运动物体做了负功,则说明（）A．这个力一定阻碍物体的运动B ．这个力不一定阻碍物体的运动C ．这个力与物体运动方向的夹角α＞90°D ．这个力与物体运动方向的夹角α＜90° 【参考答案】AC 【详细解析】由功的表达式W ＝Fs cos α知,只有当α>90°时,cos α<0,力对物体做负功；此力阻碍物体的运动,故A 、C 对．7．一位质量m=50kg 的滑雪运动员从高度h=30m 的斜坡由静止下滑,斜坡的倾角θ=37°,滑雪板与雪面滑动摩擦因数μ=0.1．则运动员滑至坡底的过程中, （1）滑雪运动员所受的重力对他做了多少功? （2）合力做了多少功?（装备质量不计）【参考答案】（1）41.510J G W =⨯ ；（2）41.310J W =⨯合【详细解析】 【分析】 【详解】（1）重力做的功:4501030 1.510G W mgh J J ==⨯⨯=⨯(2)物体所受合力:373726F mgsin mgcos N μ︒︒=-=合 方向沿斜面向下,沿合力方向位移: S 5037hm sin ︒==合力做的功:426050 1.310W F S J J ==⨯=⨯⋅合合 8．如图所示,升降机内斜面的倾角30θ=︒,质量为2kg 的物体置于斜面上始终不发生相对滑动,在升降机以5m/s 的速度匀速上升4s 的过程中．（g 取210m /s ）,求: (1)斜面对物体的支持力所做的功； (2)斜面对物体的摩擦力所做的功； (3)物体重力所做的功；(4)合外力对物体所做的功。

【参考答案】(1)300J ；(2)100J ；(3)400J -；(4)0 【详细解析】物体置于升降机内随升降机一起匀速运动过程中,处于受力平衡状态,受力分析如图所示由平衡条件得f N cos sin 0F F θθ-= f N sin cos 0F F G θθ+-=代入数据得f 10N F =N 103N F =由恒力做功的公式得(1)斜面对物体的支持力所做的功N N cos cos 10354cos30J 300J N W F x F vt θθ===⨯⨯︒=(2)斜面对物体的摩擦力所做的功()f cos 901054sin30J 100J f W F x θ=︒-=⨯⨯⨯︒=(3)物体重力做的功cos1802054J 400J G W Gx =︒=-⨯⨯=-(4)合外力对物体做的功 方法一0N f G W W W W =++=合方法二==W F xαcos0合合。